Detección de poro de nodo mecánico: una plataforma rápida y sin etiquetas para mediciones viscoelásticas unicelulares multiparamétricas

Andre Lai; Rachel Rex; Kristen L. Cotner; Alan Dong; Michael Lustig; Lydia L. Sohn

doi:10.3791/64665

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Artículo de método

Detección de poro de nodo mecánico: una plataforma rápida y sin etiquetas para mediciones viscoelásticas unicelulares multiparamétricas

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DOI:

10.3791/64665

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2 de diciembre de 2022

Andre Lai^*¹ , Rachel Rex^*² , Kristen L. Cotner¹ , Alan Dong³ , Michael Lustig¹^,³ , Lydia L. Sohn¹^,²

¹Graduate Program in Bioengineering, University of California, Berkeley and University of California, San Francisco, ²Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, ³Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley

^* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Aquí se presenta un método para fenotipar mecánicamente células individuales utilizando una plataforma microfluídica basada en electrónica llamada detección mecano-nodo-poro (mecano-NPS). Esta plataforma mantiene un rendimiento moderado de 1-10 células/s mientras mide las propiedades biofísicas elásticas y viscosas de las células.

Resumen

Las propiedades mecánicas celulares están involucradas en una amplia variedad de procesos biológicos y enfermedades, que van desde la diferenciación de células madre hasta la metástasis del cáncer. Los métodos convencionales para medir estas propiedades, como la microscopía de fuerza atómica (AFM) y la aspiración de micropipetas (MA), capturan información rica, reflejando la respuesta viscoelástica completa de una célula; Sin embargo, estos métodos están limitados por un rendimiento muy bajo. Los enfoques de alto rendimiento, como la citometría de deformabilidad en tiempo real (RT-DC), solo pueden medir información mecánica limitada, ya que a menudo están restringidos a lecturas de un solo parámetro que solo reflejan las propiedades elásticas de una célula. En contraste con estos métodos, la detección de poro mecano-nodo (mecano-NPS) es una plataforma microfluídica flexible y sin etiquetas que cierra la brecha en el logro de mediciones viscoelásticas multiparamétricas de una célula con un rendimiento moderado. Una medición de corriente continua (CC) se utiliza para monitorear las células a medida que transitan por un canal microfluídico, rastreando su tamaño y velocidad antes, durante y después de que sean forzadas a través de una constricción estrecha. Esta información (es decir, tamaño y velocidad) se utiliza para cuantificar la deformación transversal de cada célula, la resistencia a la deformación y la recuperación de la deformación. En general, esta plataforma microfluídica basada en electrónica proporciona múltiples propiedades de células viscoelásticas y, por lo tanto, una imagen más completa del estado mecánico de una célula. Debido a que requiere una preparación mínima de la muestra, utiliza una medición electrónica directa (en contraste con una cámara de alta velocidad) y aprovecha la fabricación de litografía blanda estándar, la implementación de esta plataforma es simple, accesible y adaptable al análisis posterior. La flexibilidad, utilidad y sensibilidad de esta plataforma han proporcionado información mecánica única sobre una amplia gama de células, con el potencial de muchas más aplicaciones en ciencia básica y diagnóstico clínico.

Introducción

Las células individuales son materiales dinámicos y viscoelásticos¹. Una multitud de procesos internos y externos, (por ejemplo, el inicio de la mitosis o la remodelación de la matriz extracelular [MEC]), influyen en su estructura y composición ^2,3,4^, a menudo resultando en distintas propiedades biofísicas que complementan su estado actual. En particular, las propiedades mecánicas han demostrado ser biomarcadores importantes del desarrollo celular, la fisiología y la patología, produciendo información cuantitativa valiosa que puede complementar los enf....